Peningkatan Pelekatan Sel Escherichia coli melalui Penambahan Fosfat pada Kondisi Aerobik.

Abstract

Eksploitasi bahan bakar fosil dapat menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan. Oleh karena itu, penggunaan energi alternatif termasuk dengan memanfaatkan mikrob dalam mengoksidasi substrat atau limbah organik dan inorganik yang menghasilkan energi listrik berperan penting dalam mengatasi hal tersebut. Teknologi pemanfaatan mikroba sebagai penghasil energi listrik dikenal dengan Microbial Fuel Cell (MFC). Salah satu tantangan terbesar dalam pengembangan teknologi MFC ialah menghasilkan pelekatan sel. Kemampuan sel untuk melekat yang diperantarai melalui pili dimanfaatkan sebagai mediator transfer elektron (bionanowires) dalam aplikasi MFC. Pelekatan sel bakteri dapat meningkat dengan merekayasa struktur permukaan atau matriks menggunakan protein. Sementara itu, peningkatan hidrofobisitas sel bakteri menggunakan polimer kationik dan peningkatan “shear force” antara permukaan dengan protein pelekatan yang dihasilkan bakteri menyebabkan peningkatan pelekatan sel. Selain itu, rekayasa metabolisme protein dengan meningkatkan aktivitas enzim fosfotransasetilase melalui pengaturan suhu dapat meningkatkan pelekatan sel. Dengan adanya peningkatan aktivitas PTA diduga menyebabkan terakumulasinya asetil fosfat (AcP) yang merupakan senyawa intermediet berenergi tinggi dan berperan dalam meningkatkan ekspresi-ekspresi gen pembentukan pili. Dalam menjalankan aktivitasnya, PTA diketahui memanfaatkan fosfat inorganik dalam reaksinya mengubah asetil koenzim A menjadi asetil fosfat. Selain itu, keberadaan oksigen menyebabkan aktifnya siklus asam trikarboksilat (TCA) dan mengarahkan metabolisme membentuk asetat sehingga AcP terakumulasi. Penambahan fosfat pada media kultivasi dan pemberian level oksigenasi yang berbeda diharapkan dapat meningkatkan produksi AcP sehingga meningkatkan pelekatan sel. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah mengevaluasi pengaruh penambahan variasi konsentrasi fosfat terhadap pelekatan sel Escherichia coli melalui pembentukan pili dan mengetahui pengaruh peningkatan level oksigenasi terhadap pelekatan sel melalui peningkatan pertumbuhan sel. Galur E.coli yang digunakan dalam penelitian ini yaitu E.coli BW25113. Tahap awal penelitian ialah pembuatan media pra-kultivasi dan kultivasi. Media kultivasi merupakan media minimum yang tidak mengandung fosfat dan selanjutnya dilakukan penambahan variasi konsentrasi fosfat (0 g/L, 1.33 g/L, 3.32 g/L, 6.64 g/L, dan 9.97 g/L). Setelah itu, sampel dikultivasi dengan kecepatan pengadukan 120 rpm selama 24 jam pada suhu 37 ºC. Tahap berikutnya adalah penentuan pengaruh penambahan fosfat terhadap pelekatan sel yang diukur berdasarkan nilai indeks kolonisasi sel pada plat pvc 96-well, pengukuran bobot kering sel (Dry Cell Weight), konsumsi fosfat, fluks karbon, dan visualisasi pili. Untuk penentuan pengaruh level oksigenasi terhadap pelekatan sel dilakukan tahapan yang sama hanya konsentrasi fosfat yang digunakan yaitu 0 g/L dan 9.97 g/L serta diberikan kecepatan pengadukan yang berbeda (120 rpm dan 200 rpm). Analisis nilai indeks kolonisasi didasarkan pada nilai absorbansi yang terukur dari permukaan padat polyvinylchlorida pada 492 nm dan dinyatakan sebagai jumlah sel yang melekat. Pengukuran DCW dilakukan berdasarkan metode pengukuran optical density menggunakan spektrofotometer pada 660 nm. Kemudian analisis konsumsi fosfat dilakukan berdasarkan metode reduksi oleh timah klorida(II) menggunakan spektrofotometer pada 690 nm. Adapun fluks karbon diamati pada profil asam organik (piruvat dan asetat) menggunakan kromatografi cair kinerja tinggi (KCKT). Tahap akhir adalah visualisasi pili melalui pemanfaatan mikroskop pemayar elektron (SEM). Untuk mengkonfirmasi pengaruh fosfat terhadap pelekatan sel E.coli maka dilakukan tahapan yang sama dengan menggunakan galur E.coli yang telah dihilangkan gen pta-nya. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa konsentrasi fosfat 9.97 g/L memberikan pengaruh signifikan dalam peningkatan pelekatan sel melalui peningkatan nilai Ics dan konsumsi fosfat. Selain itu, penambahan fosfat menyebabkan aktivitas siklus TCA mengalami penurunan yang ditandai dengan penurunan nilai DCW seiring dengan konsentrasi fosfat yang ditambahkan. Kemudian fluks karbon seiring penambahan konsentrasi fosfat menurunkan pembentukan piruvat dan asetat. Sementara itu, dengan adanya penghilangan pta menyebabkan nilai DCW meningkat dan nilai Ics mengalami penurunan dan konsumsi fosfat menunjukkan nilai yang sama dengan sel induk. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa fosfat yang ditambahkan digunakan seluruhnya oleh PTA untuk membentuk AcP dan penggunaannya bukan lagi diarahkan untuk pertumbuhan sel. Adapun peningkatan level oksigenasi hingga 200 rpm meningkatkan nilai indeks kolonisasi sel melalui kenaikan sintesis massa sel. Dengan kata lain, penggunaan fosfat yang ditambahkan diarahkan ke arah siklus TCA sehingga menyebabkan nilai DCW meningkat dan mengarahkan metabolisme membentuk asetat yang menyebabkan AcP terakumulasi. Dengan demikian, penambahan fosfat pada kultur E.coli BW25113 meningkatkan pelekatan sel melalui peningkatan aktivitas jalur PTA dan pemberian oksigenasi dapat meningkatkan pelekatan sel melalui peningkatan pertumbuhan sel.